[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 ~?E x?!\9R  
*M/3
1qI  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 DB:Ia5|*i  
DDN#w<#  
LEc%BQx  
cc.zC3Hs3  
任务说明 vhTte |(  
1`5d~>fV  
KSqWq:W+  
n:`> QY  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ]^VC@$\)+  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 e}(ws~.  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： TaG'?  
vov"60K  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 )]n:y M  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： DWHl,w;[z`  
6Ei>VcN4a  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 P`Anf_  
4punJg~1  
光栅结构参数 B:&/*HU  
研究了一种矩形光栅结构。 @wYuc
{%S  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 d.% Vm&3  
根据上述参数选择以下光栅参数： \.9-:\'(  
光栅周期：250 nm ;l &mA1+  
填充因子：0.5 Kv{i_%j   
光栅高度：200 nm LC*@/((  
材料n_1：熔融石英（来自目录） F
,P,dc  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） FoInJ(PDH  
n_v|fxF1  
?%iAkV  
xdXt  
偏振态分析 CcLP/  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 d; oaG (e  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 +[V?3Gdb  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 p(v+j_ak  
i0L)hkV  
:p=IZY  
i.)kV B  
模拟光栅的偏振态 G3OqRH  
|TkMrj0  
#QXB2x<*  
[9Q2/V;Uk%  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： pI( OI>~3  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 mmu{K$9}I  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 )<U
NiC  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 hJkIFyQ{j  
P,j)m\|  
Passilly等人更深入的光栅案例。 /$%apci8  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ,+oQ 5c(f  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 3EI$tP@4  
Z'/:  
\6T&gX  
t1 OnA#]/_  
光栅结构参数 3*/y<Z'H  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 $eCxpb..  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 u1~H1 ]Ii  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 (VI4kRj  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 f*0[[J0]  
(caxl^=  
dArg'Dc4  
光栅#1——参数 T5=3 jPQ  
假设侧壁倾斜为线性。 ~N;kF.q&>&  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 l7ZqkGG]  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 'hf#Q9W5  
光栅周期：250 nm \@N8[  
光栅高度：660 nm f2`[skNj  
填充因子：0.75（底部） ?.LS_e_0  
侧壁角度：±6° JpcG5gX^B  
n_1：1.46 Ty}'A(U  
n_2：2.08 D2#3fM6  
>KNiMW^V  
/3Zo8.  
;/XWX$G@  
光栅#1——结果 L09YA
 
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 -v/1R1$e1  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 D. fPHq  
4[44Eku\  
   Eh^c4x  
[d`J2^z}  
光栅#2——参数 @!=q.
4b  
假设光栅为矩形。 jL8.*pfv  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]]Sz|6P  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 
_K<H*R  
光栅周期：250 nm ^":UkPFCx:  
光栅高度：490 nm fZw/kjx@  
填充因子：0.5 |C301ENZ  
n_1：1.46 fa//~$#"{L  
n_2：2.08 i+ ]3J/J  
7?9QlUO  
-|bnvPmE  
tBd-?+~7  
光栅#2——结果 $Ypt /`  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 l+HmG< P  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 E#[_"^n  
   2Nrb}LH  
P(a!I{A(